(57)【要約】【課題】  年間を通して安定的に発電できる（ｋＷｈ）発電装置を提供する。【解決手段】  少なくとも３以上の複数ユニット化された段１ａ〜１ｃを有し、それらの最下段１ｃにユニット化された直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置４を有し、最下段を除く段に、ユニット化された直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２とユニット化された太陽光発電装置３とを備えている。【選択図】        図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３以上のユニット化された複数の段を有し、
それらの最下段にユニット化された垂直軸型水流発電装置を備え、
且つそれらの最下段を除く段に、ユニット化された垂直軸型風力発電装置と太陽光発電装置とを有すること特徴とするユニット型ハイブリッド発電装置。
【請求項２】
上記水流発電装置の本体部分を構成するブレードは上下動可能で、必要に応じて水中に水没させて発電を行い、また水流から引き上げて安全に待避させることを特徴とする請求項１記載のユニット型ハイブリッド発電装置。
【請求項３】
上記垂直軸型風力発電装置の段は、一本のシャフトと２以上の軸受で支えられてユニット化されており、該垂直軸型風力発電装置の本体部分を構成するブレードの垂直回転軸は、上下２軸受で支持され、該シャフト以外は解放されていることを特徴とする請求項１又は２記載のユニット型ハイブリッド発電装置。
【請求項４】
ユニット化された上記直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置の段を、最上段にすることを特徴とする請求項１〜３いずれか１つに記載のユニット型ハイブリッド発電装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、クリーンで再生可能エネルギである風力、太陽光及び水流を用いて発電を行うユニット型ハイブリッド発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車（風力発電装置）と太陽光（太陽光発電装置）を利用して発電を行うハイブリッド発電装置は、後述する特許文献が示すように、数多くある。
そのうち風車を使用する装置の大半は、ブレード部分がプロペラ型になっており、大電力を得るために、高い塔の上に設けられ、且つ風向きによって、そのプロペラの向きを風向に正対させるためのヨー装置などが必要であって、大電力を生成したいという要求と共に、どうしてもその装置としては、大型（大規模）になりやすい。この構成と太陽光発電を組み合わせる場合、その高い塔の壁面に太陽光パネルを設けて、少しでも発電量を増やそうとする構成が上記特許文献の大半を占める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１９−１２９５４７号公報
【特許文献２】実用新案登録第３２１５６１８号公報
【特許文献３】特許第６１０８５１０号公報
【特許文献４】特開２０１４−０９５３１８号公報
【特許文献５】特開２００８−１５１０５３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
これまでの自然エネルギ発電装置は、一般的に、一基当たり何ｋＷ発電するかを問題にしている。換言すれば、後述するような先行技術文献に多数示された小規模の発電装置は、全てｋＷ単位でしか装置の性能を表示していない。
【０００５】
しかしながら、風車は、常に風が吹く場所であれば、ある程度安定はするが、ほとんどの場合、常に安定的に、同じ風量が吹くところは少なく、また年間を通して安定的に風が吹く場所もほとんどない（風は大小の渦の移動であるから秒分時日週月季節年によって顕著に変動している）。特に後者の季節による風の変動がそのまま電力の変動の激しさにつながって安定しない問題がある。
【０００６】
同様に、太陽光発電装置は、日中の太陽の日射量は日射時間で発電できる時間が決まるし、また天候によっても、発電できる量が変わる。さらに、四季のあるところでは、日射量の差によって発電についても差が出てくる。
【０００７】
以上のような変動の激しい電力源では、一瞬にして得られる何ｋＷの発電量を問題にしても意味がなく、年間を通して、安定的に何ｋＷｈが得られるかが問題となり、それに対応できる安定化した発電装置が望まれていた。
【０００８】
本考案は、以上のような問題に鑑み創案されたものであって、年間を通して安定的に発電できるユニット型ハイブリッド発電装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
まず、本考案に創出に至る技術的背景について説明する。クリーンで再生可能エネルギ（自然エネルギ、サステナブルエネルギ）は風況、水況、日射量（太陽光）に関しては、秒分時日週月年を通して顕著に変動する。これらのクリーンで再生可能エネルギ（自然エネルギ、サステナブルエネルギ）を独立電源として安定化する方法は容易ではない。従って、今後の持続的社会の構築には、水力、風力、太陽光をいかに安定的に電気エネルギ（独立電源）に変換して利用や応用が必要不可欠である。このような技術的背景に基づき、本考案は案出された。
【００１０】
そのため本考案に係るユニット型ハイブリッド発電装置は、
少なくとも３以上のユニット化された複数の段を有し、
それらの最下段にユニット化された垂直軸型水流発電装置を備え、
且つそれらの最下段を除く段に、ユニット化された垂直軸型風力発電装置と太陽光発電装置とを有することを基本的特徴としている。
【００１１】
ここで、各装置のユニット化について説明する。本考案では、風力発電、太陽光発電、水流発電の各発電装置を夫々ユニット化したものが用いられている。このようなユニット化は、例えば正方形の架台の中に、風車または水流水車、発電機、蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置を内蔵させたシステムである。また、太陽光発電ユニットは、例えば正方形の架台の外各面（上下、東西南北）に太陽電池を配置し架台の中に（蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置）内蔵されたシステムである。
【００１２】
上記構成によれば、水の流れのあるところでは、最下段に備えられた垂直軸型水流発電装置のユニットのうち、本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成するブレードを水中に沈めて、該ブレードが周囲に取り付けられた垂直回転軸を中心に回して該垂直軸型水流発電装置による発電を行う。
【００１３】
河川などの水流は、四季を通じての変動はあるものの、一般的にその変動幅は大きくない。変動があったとしても、昼夜の変動幅のある太陽光発電装置と風況変動や風向変動の顕著な風力発電装置とは異なり、昼夜の水流の変動幅に大きな差はないし、雨・曇り・晴れなどによる天候の変動幅も水流発電装置は、風力発電装置に比べて小さい。他方雨量の多くなる季節と雨量が少なく風のみが多くなる季節の変動がある所であれば、垂直軸型水流発電装置と垂直軸型風力発電装置とがその発電量の変動を補い合って、季節変化があっても年間を通じての発電量（ｋＷｈ）の安定化につながることになる。
【００１４】
ましてや用水路などの水路（水流）では、安定的に水の流れがあり、安定化電源としての役割が大きくなる。即ち、ｋＷｈ単位での、年間を通した電力が、安定的に得られることになる。そこに、年間を通しての発電の変動幅の大きな垂直軸型風力発電装置と太陽光発電装置とを備えることで、これらの発電装置の発電が相乗的に補い合い、年間を通して安定化した発電量（ｋＷｈ）を得られることになる。
【００１５】
上記風力発電装置を、垂直軸型の構成にするのは、回転軸が風向きに対して垂直であり、風向きに対する依存性がないことや、発電機などの重量物を地上付近に設置できること、及びブレードの製造がプロペラ式と比較して容易であるなどの利点があるからである。また本装置は水流発電が可能な構成を対象としているため、水流のあるところ（サイト）を選ぶことになり、それと一体的になる風力発電装置としては、ユニット化して多段に設置し比較的小型の構成としたいからである。もちろん、上記のように、風向きに対する依存性がないことが、その意味からも重要となる。
【００１６】
他方上記水流発電装置を、垂直軸型の構成にするのは、その本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成するブレードを水中に配置すれば発電ができ、ダムなどを造って発電を行う大型の水力発電所などとは異なり、適地（河川や水路）に簡単に設置して、直ぐに安定化電源を得られるようにするためである。
【００１７】
さらに、上記垂直軸型水流発電装置の本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成するブレードは上下動可能で、必要に応じて水中に配置して発電を行い、また水中から引き上げて安全に待避させることができるようにすることが望ましい。該装置は、水没させることを前提に最初から上下動可能な構成にせずに組んでも良いが、水の勢いが激し過ぎて、発電を行う回転軸部分が焼き切れたり、水の勢いで流れてきた物体がブレードに当たって壊れることを防ぐことや、川の氾濫や水路から水が溢れ出して、本装置が発電装置として機能しなくなることを防ぐ意味からも、上記のような構成とすることが望ましい。
【００１８】
加えて上記垂直軸型風力発電装置の段は、一本のシャフトと２以上の軸受で支えられてユニット化されており、該垂直軸型風力発電装置の本体部分を構成するブレードの垂直回転軸は、上下２軸受で支持され、該支柱（シャフト）以外は解放されていることが望ましい。元々垂直軸型風力発電装置は、上述のように、風向きに対する依存性がないことから、あらゆる方向から風を受けて回転しやすいように、上記のようなユニット化されている構成とすることが望まれる。また上下２軸受けで固定されるため、その強度も増すことになる。
【００１９】
また、ユニット化された上記垂直軸型風力発電装置の段は、最上段にすることが望ましい。これは、本装置の周囲に雪が降った場合に、垂直軸型風力発電装置が最上段にあれば、下の太陽光発電装置の太陽光パネルが雪に覆われても、その内部はパネルが内部を覆ってくれて、それ以上の雪の侵入を防ぐことが出来ると共に、雪が降り積もった以上の部分に、ユニット化された該垂直軸型風力発電装置の段が顔を出すように設置されていれば、発電可能だからである。逆にここが雪で覆われた場合、雪解け時に水になったものが発電回路構成に侵入して短絡するなどの問題を防ぐための余計なシールド構成を必要とするからである。
【考案の効果】
【００２０】
本考案のハイブリッド発電装置によれば、ユニット化された各発電装置を少なくとも３つの段で組み合わせることで、その組み合わせの相乗効果によって、年間を通しての発電の変動幅を小さなものとし、ｋＷｈで平準化することが出来るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本考案の一実施例を示す説明図である。
【考案を実施するための形態】
【００２２】
以下、本考案の実施の形態を図示例と共に説明する。
【実施例１】
【００２３】
本考案の一実施例に係るユニット型ハイブリッド発電装置は、図１に示すように、３つのユニット化された段１ａ、１ｂ及び１ｃを有し、それらの最下段１ｃにユニット化された直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置４を備え、且つその上段１ｂに、ユニット化された太陽光発電装置３と、更にその上の段１ａに直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２とを有している。
【００２４】
本実施例構成では、風力発電、太陽光発電、水流発電の各発電装置２、３及び４を夫々ユニット化したものが用いられている。このようなユニット化は、例えば正方形の架台の中に、風車または水流水車、発電機、蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置を内蔵させたシステムである。また、太陽光発電ユニットは、例えば正方形の架台の外各面（上下、東西南北）に太陽電池を配置し架台の中に（蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置）内蔵されたシステムである。
【００２５】
上記構成によれば、水の流れのあるところでは、最下段１ｃに備えられた直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置４の本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成する一体型のブレードを水中に沈めて、該ブレードが周囲に取り付けられた垂直回転軸を中心に回して該直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置４による発電を行う。
【００２６】
ここで、水流発電装置に、直線翼垂直軸型固定ピッチのものを用いるのは、直線翼の迎角、直線翼・支持翼・シャフトとの各取り付け角、直線翼の空気力学的中心を最適化すれば、全て固定ピッチで良いのであり、これらは理論と実験で究明しており、特に「固定ピッチ」に限定するのはブレードの「一体型」の製造製作による構造強度強化、空気力学的性能増大、ユニット化、コスト低減化等に寄与することになるからである。
【００２７】
河川などの水流は、四季を通じての変動はあるものの、一般的にその変動幅は大きくない。変動があったとしても、昼夜の変動幅のある太陽光発電装置と風況変動や風向変動の顕著な風力発電装置とは異なり、昼夜の水流の変動幅に大きな差はないし、雨・曇り・晴れなどによる天候の変動幅も水流発電装置は、風力発電装置に比べて小さい。他方雨量の多くなる季節と雨量が少なく風のみが多くなる季節の変動がある所であれば、直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置４と直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２とがその発電量の変動を補い合って、季節変化があっても年間を通じての発電量（ｋＷｈ）の安定化につながることになる。
【００２８】
ましてや用水路などの水路（水流）では、安定的に水の流れがあり、安定化電源としての役割が大きくなる。即ち、ｋＷｈ単位での、年間を通した電力が、安定的に得られることになる。そこに、年間を通しての発電の変動幅の大きな直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２と太陽光発電装置３とを備えることで、これらの発電装置の発電が相乗的に補い合い、年間を通して安定化した発電量（ｋＷｈ）を得られることになる。
【００２９】
上記風力発電装置２を、垂直軸型の構成にするのは、回転軸が風向きに対して垂直であり、風向きに対する依存性がないことや、発電機などの重量物を地上付近に設置できること、及びブレードの製造がプロペラ式と比較して容易であるなどの利点があるからである。また本装置は水流発電が可能な構成を対象としているため、水流のあるところ（サイト）を選ぶことになり、それと一体的になる風力発電装置としては、ユニット化して多段に設置し比較的小型の構成としたいからである。もちろん、上記のように、風向きに対する依存性がないことが、その意味からも重要となる。
【００３０】
他方上記水流発電装置４を、一体化した直線翼垂直軸型固定ピッチブレードを用いるのは、その本体を構成する直線翼垂直軸型固定ピッチブレードを水中に配置すれば発電ができ、ダムなどを造って発電を行う大型の水力発電所などとは異なり、適地（河川や水路）に簡単に設置して、直ぐに安定化電源を得られるようにするためである。
【００３１】
さらに、上記直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置４の本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成するブレードは、矢印に示すように、上下動可能で、必要に応じて水中に配置して発電を行い、また水中から引き上げて安全に待避させることができるようにすることが望ましい。該装置は、水没させることを前提に最初から上下動可能な構成にせずに組んでも良いが、水の勢いが激し過ぎて、発電を行う回転軸部分が焼き切れたり、水の勢いで流れてきた物体がブレードに当たって壊れることを防ぐことや、川の氾濫や水路から水が溢れ出して、本装置が発電装置として機能しなくなることを防ぐ意味からも、上記のような構成とすることが望ましい。
【００３２】
加えて上記直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２の段は、一本のシャフトと２以上の軸受で支えられてユニット化されており、該直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２の本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成するブレードの軸は、上下２軸受で支持され、該支柱（シャフト）以外は解放されていることが望ましい。元々直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２は、上述のように、風向きに対する依存性がないことから、あらゆる方向から風を受けて回転しやすいように、上記のようなユニット化されている構成とすることが望ましい。また上下２軸受けで固定されるため、その強度も増すことになる。また、効率、性能もよくなる。
【００３３】
ここで、風力発電装置２に、直線翼垂直軸型固定ピッチのものを用いるのは、直線翼の迎角、直線主翼・支持翼・シャフトとの各取り付け角、直線翼の空気力学的中心を最適化すればすべて固定ピッチで良いのであり、これらは理論と実験で究明しており、特に「固定ピッチ」に限定するのはブレードの「一体型」の製造製作による構造強度強化、空気力学的性能増大、ユニッ化、コスト低減化等に寄与することになるからである。
【００３４】
また、ユニット化された上記直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２の段１ａは、最上段にすることが望ましい。これは、本装置の周囲に雪が降った場合に、直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２が最上段１ａにあれば、下の太陽光発電装置３の太陽光パネルが雪に覆われても、その内部はパネルが内部を覆ってくれて、それ以上の雪の侵入を防ぐことが出来ると共に、雪が降り積もった以上の部分に、ユニット化された該直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置２の段１ａが顔を出すように設置されていれば、発電可能だからである。逆にここが雪で覆われた場合、雪解け時に水になったものが発電回路構成に侵入して短絡するなどの問題を防ぐための余計なシールド構成を必要とするからである。
【００３５】
本考案の上記実施例に係るハイブリッド発電装置によれば、３つのユニット化された発電装置を組み合わせることで、その組み合わせの相乗効果によって、年間を通しての発電の変動幅を小さなものとし、ｋＷｈで平準化することが出来ることになる。
【００３６】
尚、本考案のユニット型ハイブリッド発電装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本考案のユニット型ハイブリッド発電装置は、再生可能エネルギを生成する装置の中でも、２０１９年の台風１５号及び１９号等で被害が明らかになった現状を踏まえると、地産地消型の発電装置として、日本ばかりか、世界各国での利用が考えられる。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ、１ｂ、１ｃ  段
２                直線翼垂直軸型固定ピッチ風力発電装置
３                太陽光発電装置
４                直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月12日(2020.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
ユニット化された上記垂直軸型風力発電装置の段を、最上段にすることを特徴とする請求項１〜３いずれか１つに記載のユニット型ハイブリッド発電装置。